Forschung:
Nichtlineare Systeme und Strukturbildung

Das Phänomen der Strukturbildung natürlicher und von Menschenhand geschaffener Systeme ist von grundlegender Bedeutung für die gesamten Naturwissenschaften. Beispiele finden sich in überwältigender Vielzahl in der Biosphäre, aber auch in mannigfacher Weise in Physik, Chemie, Meteorologie, Biologie und anderen Bereichen. Darüber hinaus ist eine Strukturierung in der Form der Kategorisierung von Wahrnehmungen die Voraussetzung für jede Art des Denkens und damit auch für jedwede Modellbildung in den Naturwissenschaften. - Die Arbeitsgruppe hat sich das Ziel gesetzt, die mit der Organisation und Selbstorganisation von Strukturen zusammenhängenden Fragestellungen aus physikalischer Sicht mit experimentellen und theoretischen Methoden zu untersuchen.

Gegenstand der Untersuchungen sind Plasmen, Halbleiter und elektrischen Netzwerke. Dabei sind die auftretenden selbstorganisierten räumlichen Spannungs-, Stromdichte- und Leuchtdichte-Muster sowie die damit zusammenhängenden räumlichen Verteilungen anderer physikalischer Größen Gegenstand des eigentlichen Interesses. Das raumzeitliche Verhalten der genannten Systeme wird mit modernsten Methoden der elektronischen und optoelektronischen Meßtechnik untersucht. Von größter Bedeutung ist dabei eine schnelle analoge und digitale Bildverarbeitung. Parallel dazu erfolgen die Modellierung der Systeme und die Behandlung der daraus resultierenden nichtlinearen gewöhnlichen und partiellen Differentialgleichungen mit analytischen und numerischen Methoden. Dabei finden insbesondere Methoden der Nichtlinearen Dynamik und der Funktionalanalysis Anwendung. Die numerischen Untersuchungen erfolgen auf leistungsfähigen Workstations und auf parallel arbeitenden Höchstleistungsrechnern.

Die Arbeiten haben gezeigt, daß sich die beobachteten Strukturen in vielen Fällen aus einfachen Elementarstrukturen zusammensetzen. Besonders interessante Beispiele sind gut lokalisierte solitäre Strukturen, die sich in Bezug auf Entstehen, Vergehen und Wechselwirkung wie Teilchen verhalten. Solche Objekte werden dissipative Solitonen genannt. Die beobachteten Strukturen sind im Rahmen einer relativ einfachen Modellvorstellung mit einem nichtlinearen Reaktions-Diffusions-Gleichungssystem qualitativ gut beschreibbar. Die Modellbildung öffnet einen Weg zum physikalischen Verständnis der Strukturbildung in einer großen Klasse von physikalischen und anderen Systemen und damit ein breites Spektrum für mögliche Anwendungen. Darüber hinaus erfolgt eine Beschreibung mit Drift-Diffusions-Gleichungen.

Auf allen Arbeitsgebieten wird großer Wert darauf gelegt, daß der Bogen von der Grundlagenforschung (z.B. die Erforschung von Elementarstrukturen mit teilchenhaftem Charakter) bis hin zur Anwendung (z.B. der Bau eines Infrarot-Konverters unter Berücksichtigung der Erkenntnisse der Grundlagenforschung) gespannt wird. Dabei wird darauf geachtet, daß sich die durchgeführten theoretischen Arbeiten und die experimentellen Untersuchungen optimal ergänzen.

• Elektrischen Netzwerke: siehe  Research-Summary
• DC Gasentladungssysteme: siehe  DC Gasentladungssysteme und  Research-Summary
• AC Gasentladungssysteme: siehe  AC Gasentladungssysteme und  Research-Summary
• Numerischen und analytische Untersuchungen von Reaktions-Diffusions-Gleichungen: siehe  Reaktions-
  Diffusionssysteme und  Research-Summary
• Numerische Untersuchungen von Drift-Diffusionsgleichungen: siehe  AC Gasentladungssysteme und  Research-Summary
• Planare Halbleitersysteme: siehe  Research-Summary

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Forschung:
Magnetismus

Summary of main results

• Experimental investigation of spin fluctuations in transition metal alloys
• Experimental determination of the crystallographic and magnet structure of (Rare-Earth)Al2 intermetallic compounds by means of elastic neutron scattering
• Measurement of the magnetization and the magnetocristalline anisotropy of ferromagnetic single crystalline (Rare-Earth)Al2 compounds
• Experimental determination of the crystal field parameters of (Rare-Earth)Al2 compounds by means of inelastic neutron scattering
• Measurement of the dispersion relation for spin waves in ferromagnetic (Rare-Earth)Al2 compounds using inelastic neutron diffraction
• Measurement of the susceptibility, specific heat and elastic constants of (Rare-Earth)Al2 compounds
• First quantitative microscopic theoretical description of the magnetization, the magnetocristalline anisotropy, the spin wave dispersion and some other magnetic properties in a single ferromagnetic (Rare Earth) materials
• Coherent theoretical description of magnetic properties of the whole series of ferromagnetic (Rare Earth) intermetellic compounds
• Experimental detection of the magnon-phonon interaction
• First theoretical microscopic description of the detected magnon phonon interaction
• Investigation of the crystalline electric field, various magnetic properties and the specific heat of (Rare Earth)Pd3 compound
• Summery of the main results on the magnetic properties of (Rare Earth)Al2 compunds in the review Mg-45

(many of the results have been obtained in collaboration with other groups; see the list of references)

Publications

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Forschung:
Materialwissenschaften

Summary of main results

• Preparation of single crystals of silver alloys
• First preparation of single crystals of rare earth intermetallic compounds; among other things, these crystals were the basis for a detailed investigation of static and dynamic magnetic properties and their theoretical understanding
• Determination of the elastic modules of AgAl and AgAu single crystal alloys
• First measurements of the complete set of elastic modules and related eleastic constants of Ir single crystals

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Forschung:
Angewandte Physik

See:  Infrared Converter

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Patents

1. Lernverfahren für ein selbstorganisierendes Neuronales Netzwerk sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
   Ruwisch D., D. Schweng, M. Bode, H.-G. Purwins
   Deutsches Patentamt München, Nr. DE 44 32 269.C2 (1995)
2. Lernverfahren für selbstorganisierende Neuronale Netzwerke und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
   Ruwisch, D., T. von der Mehden, M. Bode, and H.-G. Purwins
   Deutsches Patentamt München, Nr. 196 41 286.C1 (1997)
3. Verfahren zur qualitativen Bestimmung der Anteile verschiedenartiger Stoffe zu Schuttgütern
   Leppelmann. S, M. Bode, A. Burwick, C. Cruse, D. Schweng, H.-G. Purwins
   Deutsches Patentamt München, Nr. 19720121 (1999)
4. Bildkonverter zur Umwandlung des Spektrums eines optischen Bildes
   Valery M. Marchanka, Hans-Georg Purwins
   Markenamt, München, Nr. 10 2005 054 146 (2008)